2.3 Планы практических занятий

Задание1. Патентная классификация. Изучение патентного классификатора МПК.

Методическая рекомендация: изучить Классификатор МПК, по заданию преподавателя на основании темы своего варианта найти в классификаторе свой индекс.

вариант	тема	вариант	тема
1	Часы наручные	8	Резец токарный
2	Ковш экскаватора	9	Переплет книги
3	Колесо вагона	10	Дискета компьютера
4	Одеколон	11	Схват робота
5	Кастрюля	12	Диск лазерный
6	Кинескоп телевизора	13	Гайка
7	Ползунно- рычажный меха­низм	14	Ножницы

Основная литература: 1 [16-17]

Контрольные вопросы:

1. На каком принципе основана классификация МПК ?

2. Какая информация собрана в разделе В ?

3. Какая информация собрана в разделе А ?

Задание 2. Условия патентоспособности изобретения.

Методическая рекомендация: изучить основы патентоспособности изобретения:

- новизна, по заданию преподавателя изучить литературные источники по заданной теме на предмет новизны,

- промышленная применимость, по указанию преподавателя разобрать конкретный пример на пред­мет его промышленной применимости.

Основная литература: 1 [29-32]

Контрольные вопросы:

1. Как определяется новизна изобретения ?

2. Обязательно ли теоретическое обоснование изобретения ?

3. Что такое основное и дополнительное изобретение ?

Задание 3. Составление заявки на изобретение. Устройство.

Методическая рекомендация: изучить пример оформления документации по заявке на изобретение- устройство.

МКИ F03D07/02

Ветроколесо

Изобретение относится к ветровой энергетике, и в частности к конст­рукциям ветрового крыльча­того колеса.

Известно ветроколесо ( Авторское свидетельство СССР № 1812335, опубл. 30.04.93, бюл. № 16 ), состоящее из нескольких лопастей, каждая из которых имеет на конце, укрепленном в ступице, кони­ческое зубчатое ко­лесо, взаимодей­ствующее с общим коническим подпружиненным зубчатым коле­сом, на лопасти имеется груз – регулятор. Недостатком дан­ного устройства является его высокая сложность изготовления, наличие груза – регулятора маятникового типа опреде­ляет динамическую неустой­чивость регулировки, что приводит к появлению виб­раций и быстрому износу устройства.

Известно ветроколесо, принятое автором за прототип, содержащее ступицу, несколько лопастей, каждая из которых жестко закреплена на ци­линдрическом стержне, который установлен в ступице с возможностью свободного проворота вокруг своей оси, поджат пружиной к одному положению своего проворота, на стержне укреплен груз – регулятор (Большая Советская Энциклопедия, т. 4, М. « Совет­ская энциклопедия», 1971, статья « Ветродвигатель», с. 582, рис. 2). Недос­татком этой конст­рукции является низкий КПД. Это объясняется необходимостью установки грузов – регуляторов, которые должны иметь достаточно большую массу и плечо – расстояние установки от оси вращения стержня. Такая конст­рук­ция имеет плохие аэродинамические качества, затруднена установка обтекателя сту­пицы, имеется большая паразитная масса грузов – регулято­ров. Все это приво­дит к увеличению сил трения в опорах вала ветроуста­новки и сил сопротивления воздуха, что в конечном итоге понижает КПД всей установки. Также при резком изменении силы ветра, происходит рез­кое торможение или разгон колеса. При этом грузы – регуляторы могут резко поворачиваться вместе с лопастями, что при­водит к динамической дестабилизации колеса, появлению вибраций и тряски, и следовательно быст­рому износу всего агрегата. Грузы – регуляторы представ­ляют собой достаточно неустойчивую конст­рукцию маятникового типа, которая достаточно легко меняет свое положение и подвержено колеба­ниям, которые в такой быстроходной конструкции как ветроколесо и при частой смене величины при­лагаемой нагрузки – силы ветра, неминуемо будет приводить к появлению достаточно сильных вибра­ций.

Задачей изобретения является разработка ветроколеса, обладающего повы­шенным КПД и долго­вечностью.

Технический результат достигается тем, что ветроколесо, содержащее ступицу, несколько лопа­стей, каждая из которых жестко закреплена на ци­линдрическом стержне, который установлен в сту­пице с возможностью свободного проворота вокруг своей оси, пружину, дополнительно стержень имеет возможность свобод­ного осевого перемещения в ступице, на стержне установлен палец, взаимо­дейст­вующий с косым пазом, выполненным на стенке отверстия ступицы в котором установлен стер­жень, пружина установлена с возможностью взаимодействия со стержнем с отжимом последнего к центру ступицы.

На фиг. 1 показан фрагмент ветроколеса с одной лопастью в ступице, на фиг. 2 – разрез А-А.

Ветроколесо состоит из следующих частей: ступицы 1 (фиг.1,2), в которой в радиальном направ­лении через равные углы выполнено ряд от­верстий по числу лопастей 2. Каждая лопасть 2 жестко соединена со стержнем 3, который вставлен в отверстие ступицы 1, в котором он имеет свободное осевое и вращательное пе­ремещение. На стержне 3 установлен палец 4, взаимодействующий с косым пазом 5, выполненным на стенке от­верстия ступицы 1. Снизу на стержень 3 одета пру­жина 6, стремя­щаяся отжать стержень 3 к центру ступицы 1.

Ветроколесо работает следующим образом. Лопасти 2, воспринимая действие ветра, получают вращательное движение. При усилении ветра скорость вращения колеса возрастает, значение центро­бежной силы, воз­действующей на лопасти 2, также возрастает. Центробежная сила, преодолевая со­противление пружины 6, стремится отодвинуть лопасть 2 вместе со стержнем 3 от центра ступицы 1. При таком перемещении палец 4 перемещается по косому пазу 5 и поворачивает стер­жень 3 вокруг его оси с одновременным поворотом лопасти 2. Угол встречи лопа­сти с ветром меняется, увеличивается сопротивление воздуха, и колесо уменьшает час­тоту своего вращения. Уменьшение частоты вращения колеса приводит к уменьшению значения центробежной силы, пружина 6 тянет стержень 3 вместе с лопастью 2 обратно к центру ступицы 1. Лопасть 2 возвращается в исходное по­ложение с одновремен­ным поворотом в обратную сторону. Угол встречи с ветром вновь изменяется с понижением сопротив­ления воздуха. Колесо снова набирает обороты.

На лопасти 2 ветроколеса действует также сила тяжести, которая всегда на­правлена вниз. Следо­вательно, влияние силы тяжести будет сказываться на том, что лопасть, которая будет находится внизу будет перемещаться от центра сту­пицы 1 больше, чем лопасть 2, которая в это время находится на­верху. Эта раз­ность будет небольшой и особого влияния на работу ко­леса оказывать не будет. Пока­жем это на следующем примере: сила тяжести лопасти 2 Рл = 9,8 Н, частота вращения колеса N= 300 об/мин, смещение центра тяжести лопасти 2 от центра колесаR= 1 м. определим значение центро­бежной силы, воздействующей на ло­пасть 2.

Q= ( Рл /g) хRх (хN/ 30)²= 1 х1х ( 3,14 х 300 / 30 )²= 986 Н

g- ускорение свободного падения ,g- 9,8 Н/м сек².

Из расчета видно, что сила тяжести в 100 раз меньше центробежной силы, и следовательно именно она, центробежная сила, будет оказывать подавляющее влияние на выдвижение лопастей.

Предлагаемое колесо просто по конструкции, не имеет никаких пара­зитных грузов – регуляторов, механизм регулирования очень мал по размерам и не влияет на аэродинамические характеристики колеса. Вследствие этого ветроколесо имеет пониженные силы трения в опорах и силы сопротивления воздуха и следова­тельно будет иметь повышенный КПД. Поворот лопасти от движения пальца по пазу производится доста­точно жестко, такая система очень устойчива, она не имеет никаких колеба­ний, не реагирует на динамические возмущения, не трясется. Сле­довательно, такой механизм не будет подвержен вибрациям и имеет высокую ди­намическую устойчивость. Ветроколесо в процессе работы не будет иметь виб­раций от механизма регулирования и следовательно, будет иметь повышенный срок службы.

Данное изобретение найдет применение при создании ветроэнергети­ческих ус­тановок малой и средней мощности.

Заявитель Аскаров Е.С.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ветроколесо, содержащее ступицу, несколько лопастей, каждая из которых жестко закреплена на цилиндрическом стержне, который установлен в ступице с возможностью свободного проворота во­круг своей оси, пружину, отличающееся тем, что стержень имеет возможность свободного осевого перемещения в ступице, на стержне установлен палец, взаимодействующий с косым пазом, выполнен­ным на стенке отверстия ступицы, в котором установлен стержень, пружина установ­лена с возмож­ностью взаимодействия со стержнем с отжимом последнего к цен­тру сту­пицы.

Автор- заявитель Аскаров Е.С.

РЕФЕРАТ

Ветроколесо

Изобретение относится к ветровой энергетике, в частности к конструк­циям ветрового крыльча­того колеса. Ветроколесо , содержащее ступицу, несколько ло­пастей, каждая из которых жестко закре­плена на цилиндриче­ском стержне, кото­рый установлен в ступице с возможностью свободного прово­рота вокруг своей оси, пружину , отличающееся тем, что стержень имеет возможность свободного осевого перемещения в ступице, на стержне установлен палец, взаимодействую­щий с косым пазом, выполнен­ным на стенке отверстия ступицы, в котором уста­новлен стержень, пружина установлена с возможностью взаимодействия со стержнем с от­жимом последнего к центру ступицы. Предлагаемое изобретение найдет применение при создании ветроэнергетических установок малой и средней мощ­ности. 2 илл.

Основная литература: 1 [33-40]

Контрольные вопросы:

1. Что такое устройство ?

2. Назовите признаки устройства ?

Задание 4. . Составление заявки на изобретение. Способ и устройство.

Методическая рекомендация: : изучить пример оформления документации пол заявке на изобрете­ние- способ и устройство.

МКИ В 22 D43/00

Способ удаления окисной пленки с поверхности металла и устройство для его осуществления

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности предна­значено для удаления окисной пленки с поверхности расплавленного ме­талла.

Известен способ предотвращения появления на поверхности расплав­ленного металла окисной пленки путем создания над поверхностью металла инертной га­зовой « подушки», например, путем подачи под специальный зонд газа аргона (Отчет по НИР « Усовершенствование ма­шины для раз­лива цинка», м. ВИНИТИ, № гос. Рег. 08800147, 1988). Дан­ный способ имеет следующие недостатки: доста­точно высокую стоимость оборудования, потребность в большом количестве газа аргона, необ­ходи­мость обеспечения достаточно высокой герметизации зонда, чего не всегда можно достичь.

Известен способ удаления окисной пленки, заключающийся в соскаб­ливании слоя окисной пленки с поверхности расплавленного металла.

Способ может осуществляться устройством, принятым за прототип, содержа­щий приводной ме­ханизм, укрепленный на основании, в виде бес­конечной цепи, на которой укреплены специальные скребки, которые про­ходя над поверхностью металла, снимают слой окисной пленки. ( Автор­ское свидетельство СССР № 854590 МКИ В22D43/00 , опубл. 12.05.81, бюл. № 7). Недостатком данного спо­соба и устройства является недоста­точно полное снятие окисной пленки, так как скребок не может одновре­менно захватить всю поверхность съема, вследствие чего часть окисной пленки просто пере­гоняется из одной части изложницы в дру­гую и не уби­рается. Также механический скребок не может убирать окисную пленку у краев изложницы, так как имеет криволинейную траекторию опускания и подъема, и следовательно, имеет начало и конец контакта с окисным слоем только на некотором рас­стоянии от краев изложницы.

Задачей изобретения является повышение качества съема окисной пленки пу­тем достижения уда­ления всего слоя окисной пленки одновре­менным его удале­нием со всей поверхности металла.

Указанная задача достигается техническим решением, представляю­щим собой новый способ для удаления окисной пленки, осуществление которого обуславли­вает применение устройства определен­ной новой кон­струкции.

Технический результат достигается применением способа удаления окисной пленки путем опус­кания в слой окисной пленки капиллярных ка­налов, одновре­менно накрывающих всю поверхность металла, последую­щего их подъема и очи­щения капиллярных каналов от окисного слоя, на­ходящегося в них.

Предлагаемый способ для удаления окисной пленки осуществляется разрабо­танным для него уст­ройством.

Технический результат достигается в устройстве для удаления окисной пленки, содержащем при­водной механизм с получением возможности его осевого возвратно-поступательного перемещения, перпендикулярного к поверхности окисной пленки, жестким креплением к нему капиллярной ре­шетки, состоящей из множества составленных вместе трубок, имеющих в плане форму окружности или многоугольника, капиллярная решетка имеет в плане ту же форму, что и поверх­ность окисной пленки, наличием колпака, соединенного с воздушной магистра­лью, в верхнем положении приводного механизма, капиллярная решетка имеет возможность поворота в горизонтальной плоскости с после­дующим контактом всей поверхности ее верхнего среза с колпаком.

На фиг.1 показано предлагаемое устройство, на фиг. 2 – схема действия капил­лярной решетки при опускании ее в окисный слой.

Устройство состоит из капиллярной решетки 1, состоящей из множе­ства кана­лов (трубок) 2, имеющих в плане форму окружности или многоугольника. Каналы 2, в частности, имеют форму квад­рата со стороной а (фиг.1). Каналы 2 открыты с обеих сторон. Капиллярная ре­шетка 1 жестко крепится к приводному механизму 3, имеющему возмож­ность осевого возвратно-поступательного перемеще­ния, па­раллельного осям каналов 2. В верхнем положении своего перемещения привод­ной ме­ханизм 3 имеет возможность поворота вокруг вертикальной оси 4 на угол , который выбирается конструк­тивно, ориентировочно можно брать= 90^о. Пере­мещение приводного механизма 3 осуществляется от привода 5. При повороте приводного механизма 3 вместе с капиллярной решеткой 1 последняя кон­такти­рует всей своей поверхностью с колпаком 6, который соединен трубой 7 с воз­душной магистра­лью.

Устройство работает следующим образом. Изложница 8 с расплавлен­ным ме­таллом 9 (фиг.1) движется в продольном направлении. При проходе ее под ка­пил­лярной решеткой 1 последняя с помо­щью приводного механизма 3 опускается в окисный слой на поверхности металла 9 и в сам расплав­ленный металл 9 на глу­бину Н, причем Н h, гдеh– толщина окисного слоя (фиг. 2). Капиллярная ре­шетка 1 одновременно накрывает всю поверхность металла 9. Контакт длится не более 1 – 1,5 сек. Этого вре­мени вполне достаточно, чтобы окисный слой проник в каналы 2 капил­лярной решетки 1. Во время контакта капиллярной решетки 1 с ме­таллом 9 скорость движения изложницы 8 относительно капиллярной решетки 1 должна быть равна нулю. Этого можно достичь остановкой изложницы 8 или движением капиллярной решетки 1 совместно с изложницей 8. После контакта с металлом 9 капил­лярная решетка 1 поднимается приводным меха­низмом 3 вверх, окисный слой в это время уже нахо­дится в каналах 2, где он удерживается силами поверхностного натяжения и смачивания. Происходит горизонтальный поворот капиллярной решетки 1 на уголво­круг вертикальной оси 4. Этим она подво­дится под колпак 6 и здесь фиксируется. По трубе 7 в колпак 6 подается сжатый воздух, который вы­дувает окисный слой из каналов 2, например, в специальную емкость. По­сле этого капиллярная решетка 1 поворачивается на уголв исходную по­зицию, после чего цикл повторяется.

Для успешной работы устройства необходимо, чтобы силы поверхно­стного на­тяжения и смачива­ния превышали силу тяжести перемещаемого окисного слоя и силу сцепления его с чистым металлом.

Что касается силы сцепления чистого металла с его окисным слоем, то ее дей­ствием можно пре­небречь, ввиду ее незначительности, так как чистый металл и его окисная пленка значительно отлича­ются друг от друга по своим физическим свойствам. Например, для цинка удельный вес чис­того ме­талла Цч = 7,13 г/см³, а удельный вес его окисла Цо = 5,66 г/см³, то есть окисел в 1,26 раз легче ме­талла. Фракция окисла и металла резко ог­раничены и практически не имеют сцепления между собой. Легкость окисла позволяет ему всегда находится на поверхности металла и не позволяет ему уйти вниз при опускании капиллярной решетки.

Сила поверхностного натяжения жидких металлов и их окислов очень велика. В капиллярных ка­налах подъем жидкости будет происходить до тех пор, пока сила поверхностного натяжения Fне уравновесится весом Р столба жидкости в капил­ляре, отсюда имеем формулу:

.h_o= (2)/ (gr)

где - коэффициент поверхностного натяжения,

 - удельный вес жидкости,

g- ускорение свободного падения,

r– радиус капилляра.

Условие подъема окисного слоя будет выглядеть следующим образом:

.hh_o. Из этого условия определяется параметрr. Если капиллярная решетка имеет в сечение форму многоугольника, то параметры трубки можно ориентиро­вочно найти из условия равенства пе­риметра А много­угольника с длиной окруж­ности радиусаr.

Применение предлагаемого способа и устройства позволит значи­тельно повы­сить качество и ско­рость удаления окисной пленки при изготовлении цинка, свинца, алюминия, магния и других цветных металлов.

От заявителя проректор по науке Сабыров Н.Т.